ELECTRON MICROSCOPY OF THIN FILM

Disampaikan oleh:

MELI MUCHLIAN1021220005

PROGRAM STUDI FISIKA

PASCASARJANAUNIVERSITAS ANDALAS

ELECTRON MICROSCOPY OF THIN FILM

Transmission Electron Microscopy (TEM)

Scanning Electron Microscopy (SEM)

Field Electron Microscope (FEM)

Field Ion Microscope (FIM)

Transmission Electron Microscopy (TEM)Transmission Electron Microscopy (TEM) memiliki prinsip operasi dasar yang sama dengan mikroskop cahaya tetapi menggunakan elektron sebagai pengganti cahaya.

TEM menggunakan elektron sebagai "sumber cahaya"

(panjang gelombang) lebih rendah resolusi seribu kali lebih baik dibandingkan mikroskop cahaya

Prinsip Kerja Transmission Electron Microscopy (TEM)

Transmission Electron Microscopy (TEM)

sumber cahaya/elektron

lensa elektromagnetik

spesimen yang diuji

layar fluorescent

gambar bayangan

Pencetak gambar bayangan

Transmission Electron Microscopy (TEM)

TEMSumber elektron

filamen tungsten atau LaB6

Lensalensa condensor

lensa objektif

lensa proyektor

Tampilanlayar fosfor/seng sulfida (10-100 µm)

Tinjauan Umum Transmission Electron Microscopy (TEM)

Transmission Electron Microscopy (TEM)

Komponen Transmission Electron Microscopy (TEM)

•Sistem vakum

•Tahap spesimen

•Pistol elektron

•Lensa elektron

•Lobang

Transmission Electron Microscopy (TEM)

Persiapan SpesimenTransmission Electron Microscopy (TEM)

2 Cara pengujian spesimen

•Bagian Bahan Tertanam

• Negatif pewarnaan dari material terisolasi

Scanning Electron Microscopy (SEM)

Scanning Electron Microscopy (SEM) metode pencitraan permukaan resolusi tinggi menggunakan elektron

Keuntungan SEM perbesaran ~ (> 100.000 X) dan ketelitiannya hingga 100 kali mikroskop cahaya.

SEM lensa elektromagnet sehingga peneliti memiliki banyak memanfaatkannya pada kontrol tingkat perbesaran.

Scanning Electron Microscopy (SEM)

Prinsip Kerja Scanning Electron Microscopy (SEM)

sinar elektron oleh electron gun (filamen tungsten ) ditembakkan secara vertikal dalam vakum

Elektron tersebut melalui medan elektromagnetik dan lensa yang untuk memfokuskan sinar menuju sampel

Setelah berkas menangkap sampel, elektron dan sinar-X dikeluarkan dari sampel.

Scanning Electron Microscopy (SEM)

Prinsip Kerja Scanning Electron Microscopy (SEM)

Energi elektron backscattered ~ elektron insidenElektron Sekunder Energi lebih rendah dipancarkan elektron

dari hamburan inelastik. Detektor mengumpulkan sinar-X, back scattered electrons dan

elektron sekunder lalu mengubahnya menjadi sinyal yang dikirim ke layar

Elektron Insiden menyebabkan elektron dipancarkan menuju sampel dengan hamburan elastis /tidak elastis dalam permukaan sampel &dekat-permukaan material

Elektron backscattered Tinggi energi elektron hasil tumbukan elastis elektron insiden dengan inti atom sampel

Scanning Electron Microscopy (SEM)

Prinsip Kerja Scanning Electron Microscopy (SEM)

Dua jenis detektor elektron SEM

1. Jenis detektor sintilator (Everhart-Thornley) digunakan untuk pencitraan elektron sekunder (detektor ini dibebankan dengan tegangan positif untuk menarik elektron ke detektor meningkatkan S/N ratio)

2. Jenis sintilator/solid-state detektor untuk elektron backscattered

Scanning Electron Microscopy (SEM)

Aplikasi Scanning Electron Microscopy (SEM)

Pengukuran fitur mikroskopis

Karakterisasi fraktur

Studi Mikrostruktur

Evaluasi lapisan tipis

Pemeriksaan kontaminasi permukaan

Analisis kegagalan IC

Scanning Electron Microscopy (SEM)

Aplikasi Scanning Electron Microscopy (SEM)

Karakterisasi fraktur logam

Struktur logam terlihat menggunakan SEM

Scanning Electron Microscopy (SEM)

Preparasi Sampel (SEM)Sampel berukuran diameter 8 in (200 mm) dan tinggi ~ 2 in (50 mm)

Sampel harus kompatibel dengan ruang vakum.

lingkungan sampel ~ tekanan 10-5 Torr atau kurang

Semua air harus dikeluarkan dari sampel karena air akan menguap dalam vakum

Semua logam konduktif tidak memerlukan persiapan sebelum digunakan

Semua non-logam perlu dibuat konduktif (melapisi sampel dengan lapisan tipis bahan konduktif) menggunakan " sputter coater.“

Field Electron Microscope (FEM)

Field Electron Microscope (FEM) diciptakan oleh Erwin Mueller pada tahun 1936. Instrumen ini pertama kalinya dibuat untuk melihat permukaan pada skala dimensi atom, namun secara bersamaan diperbolehkan untuk mengikuti perubahan yang cepat di permukaan.

Field Electron Microscope (FEM)

Aspek elektronik dan stuktural

• Emisi medan digunakan dalam karakterisasi struktur permukaan dan sifat elektronik. • Teknik emisi medan dapat digunakan dalam adsorpsi atom dalam submonolayer, jumlah

adatom layar tunggal, desorpsi dan pengukuran permukaan difusi

Aplikasi teknologi (medan emiten sebagai katoda)

• Medan emiten digunakan sebagai katoda untuk aplikasi emisi elektron karena unggulnya dalam sifat emisi. Nikel dideposit pada tungsten akan menjadi emitor yang lebih baik.

Aplikasi Field Electron Microscope (FEM)

Prinsip Kerja Field Electron Microscope (FEM)

Skema FEM dan ruang deposisi logam

Emitor ("tip“) menghasilkan medan listrik di sekitar tip dan layar fluorecent.

Saat diberikan medan (– V) ke emitor, elektron dipancarkan dari permukaan emitor menuju layar. Kontras gambar muncul karena perbedaan arus elektron akibat perbedaan fungsi kerja dan medan listrik di permukaan emitor.

FEM memiliki perbesaran 105 kali dan kekuatan mencapai 30 Angstrom. Alat ini sangat cocok untuk mempelajari adsorpsi, permukaan volume, difusi volume dan desorpsi.

Field Electron Microscope (FEM)

Field Ion Microscope (FIM)

Field Ion Microscopy (FIM) diperkenalkan tahun 1951 oleh Dr. Erwin Mueller, yang sebelumnya menemukan Field Emission Mikroskope (FEM) tahun 1936.

Saat diperkenalkan, FIM adalah satu-satunya metode eksperimental yang mencapai resolusi atom.

FIM terdiri dari ujung jarum tajam dalam ruang vakum yang menunjuk ke arah layar floresensi. Sejumlah gambaran gas, seperti H/He, dilepaskan ke ruangan dengan p = 5 mTorr. V (5-20 kV). Sehingga gambaran atom gas dekat ujung terionisasi dan dipercepat menuju layar floresensi.

Field Ion Microscope (FIM)

Prinsip Kerja Field Ion Microscopy (FIM)

Logam tajam (ex: tungsen) (jari-jari ujung < 50 nm) ditempatkan dalam sebuah ruang vakum, yang ditimbun

dengan gas pencitraan (He/Ne). Ujungnya didinginkan hingga suhu kriogenik (20-100 k) lalu diberikan tegangan positif 5

hingga 10 kv

Atom gas teradsorpsi pada ujung dan diionisasi oleh medan listrik kuat ("ionisasi field") sehingga menjadi bermuatan

positif dan akan ditolak dari ujung. Kelengkungan permukaan dekat ujung menyebabkan perbesaran terhadap ion yang

ditolak dalam arah hampir tegak lurus permukaan (efek "titik proyeksi")

Field Ion Microscope (FIM)

Prinsip Kerja Field Ion Microscopy (FIM)

Sebuah detektor untuk mengumpulkan ion yang ditolak; gambar yang dibentuk dari semua ion yang dikumpulkan untuk resolusi gambar atom tunggal pada ujung permukaan Gambaran medan ion dihasilkan dari proyeksi gambar atom gas yang terionisasi oleh tegangan positif tinggi dari spesimen menuju layar floresensi

Field Ion Microscope (FIM)

Aplikasi Field Ion Microscopy (FIM)

FIM digunakan untuk studi tentang perilaku atom tunggal dan kelompok atom pada permukaan.

Pada FIM terpasang Atom Probe FIM yang untuk menganalisa atom tunggal atau satu lapisan atom pilihan.

Field Ion Microscope (FIM)

Batasan Field Ion Microscopy (FIM)

•Potensial ujung positif• Ruang diisi dengan gambaran gas (He atau Ne pada

tekanan 10-5 sampai 10-3 Torr).•Ujung didinginkan pada suhu rendah (~ 20-80K).

Field Ion Microscope (FIM)

Contoh beberapa hasil gambaran FIM

3 nm sekelompok Au, T = 100K, BIV sekitar 7400V

FIM Helium berdinding tunggal ujung nanotube karbon, BIV sekitar 5700V

Field Ion Microscope (FIM)

Contoh beberapa hasil gambaran FIM

SEKIAN

TERIMA KASIH